物理学的重大进展

第一个“苹果”——诱惑了夏娃，使人类有了智慧之源第二个“苹果”——砸醒了牛顿，使人类有了近代科学第三个“苹果”——成就了乔布斯，使人类有了精彩生活“三个苹果”改变了世界——物理学的重大进展掌握：伽利略、牛顿在经典力学方面的主要贡献爱因斯坦创立相对论量子论的代表人物当邂逅科学一:经典力学16世纪后物理学发展的原因：1、文艺复兴、宗教改革不仅解放思想，也对科学研究产生影响。2、资本主义的发展提供了物质基础。3、科学家勇于探索的精神。①物理学：发现自由落体定律，②天文学：利用望远镜观察天体并取得大量成果第一人，证明了哥白尼“日心说”的正确性伽利略的成就“近代科学之父”意义：开创了以实验科学为根据并具有严密逻辑体系的近代科学,为经典力学的创立奠定了基础，标志着物理学的真正开端。1609年，伽利略创制了天文望远镜。他观测到月球表面凹凸不平，并绘制了第一幅月面图。伽利略的折射式望远镜伽利略的手稿木星和它的伽利略卫星1610年，伽利略用望远镜发现有4颗卫星围绕着木星转。这一发现震动了整个欧洲和全球科学界。伽利略是第一位利用望远镜观察天体的人。目前人类发现的16颗木星卫星中，有４颗叫“伽利略卫星”。1632年伽利略出版《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》。1633年，罗马教皇召令他到罗马受审，强迫他签字“悔过”并判处终身监禁。伽利略受审300年多后，即1983年，罗马教皇为伽利略平反。2.牛顿及其创立的经典力学体系(1)牛顿的成就代表作：《自然哲学的数学原理》物体运动三大定律；万有引力定律；①牛顿第一定律（惯性定律）：每个物体继续保持其静止或沿一直线作等速运动状态，除非有力加于其上迫使它改变这种状态②牛顿第二定律（加速度定律）：运动的改变和所加的动力成正比，并且发生在所加力的那个直线方向上③牛顿第三定律（作用与反作用定律）：每一个作用总有一个相等的反作用和它相对抗④万有引力定律：任何物体都有吸引力，两个物体之间吸引力的大小，与它们的质量的乘积成正比，而与它们中心之间的距离的平方成反比，并作用于两个物体的连线方向上2.牛顿及其创立的经典力学体系(1)牛顿的成就1727年3月20日伟大的牛顿逝世，他被埋葬在威斯敏斯特教堂，在他的墓碑上镌刻着：让人们欢呼这样一位多么伟大的人类荣耀曾经在世界上存在！用牛顿力学算出了哈雷彗星的回归周期。长期以来到，人们一直认为彗星是神秘的，根本不能用科学来说明。牛顿说，既然彗星也是天体，就必然遵循力学规律。他的好友哈雷用牛顿力学算出了1682年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是75—76年，由此预言它将在1758年再次出现。1758年这颗彗星果然如期出现，并被命名为哈雷彗星。1781年天王星被发现，科学家用牛顿力学计算它的轨道，可是计算结果总是同观测纪录不大相符。经反复核算，观测无误。那问题是否出现在牛顿力学上面？法国的勒维列和英国的亚当斯坚信牛顿力学的正确，大胆猜想计算结果之所以不理想，是因为太阳系中还有一颗未知的行星，我们没有考虑到它对天王星的引力作用。他们用牛顿力学算出了这颗未知行星的位置和质量。1848年9月23日，柏林天文台台长在收到勒维列来信的当晚，用望远镜对准勒维列所指出的位置，一下子就看到了一颗新的行星—海王星。牛顿力学又创造了新的奇迹。①把地球上物体的运动和天体的运动概括到同一个理论中，形成以实验为基础、以数学为表达形式的牛顿力学体系，即经典力学体系。标志着近代科学的形成。②海王星的发现证明了牛顿理论的预见性、科学性。(2)意义:二、相对论的创立1、背景：经典力学的危机2、过程（1）1905年提出狭义相对论（2）1916年，完成广义相对论的最终形式。（1）物理学领域的一次重大革命(否定了经典力学的绝对时空观，揭示时间和空间的本质属性)；（2）发展了牛顿力学，将其概括在相对论力学之中，推动物理学发展到一个新的高度。3、意义由于相对论的观点与人们的日常经验不太一致，甚至有着尖锐的冲突，相对论从一开始就受到包括一些科学家在内的很多人的反对。1921年爱因斯坦获得了诺贝尔奖，当时不少德国的诺贝尔奖获得者威胁说，如果给相对论授奖，他们就要退回已获得的奖章，结果评选委员会只好让爱因斯坦作为光电效应理论的建立者得奖，相对论始终没有获得诺贝尔奖。但相对论在物理学上却非常合理且为实验所证实。早上6时，卫星闹钟把你从床上叫起。抱怨爱因斯坦吧。你的闹钟之所以能在早上6时准时响起，是因为各国的原子钟和地球上空的GPS全球定位卫星系统每一秒钟都校时一次。但如果它们不是以爱因斯坦最著名的理论———相对论效应为依据校时的话，全球的定时和定位系统将一团糟，甚至完全失去意义。6时15分，你剃须时不小心划伤了自己，牙膏也滴在了衬衫上。抱怨爱因斯坦吧。正是爱因斯坦测量液体分子大小的理论使众多发明成为现实，包括如何生产出效果更好的剃须液和牙膏。6时30分，你打开电视收看天气和交通情况。下雨了，路上的车已经排了几英里长。看起来又是糟糕的一天。抱怨爱因斯坦吧。是他的光电效应理论使电视摄影机在后来成为现实。遥控器、数码相机也都离不开这一理论。红色——代表过去蓝色——代表未来黄绿——表连结过去到未来2005世界物理年对物理学家而言，这个标识象征的是光锥；对一般大众而言常被看成是沙漏，象征着爱因斯坦在时间相对性上渊博的见解及洞察力。狭义相对论发表100周年，也许全世界只有几十个人能完全理解他的真谛，但这并不能掩盖相对论对人类生活的巨大改变。19世纪经典物理学达到巅峰状态，在人们心目中，经典物理学已经达到近乎完美的程度。这时，年轻的普朗克和他的老师发生了一段对话：普朗克：“老师，我准备把我的一生都献给物理理论学！”老师：“年轻人，物理学是一门已经完成了的学科，不会再有多大的发展，把一生都献给这门学科，太可惜了。”【质疑与思考】：那么，物理学是不是一门已经完成了的学科，不会再有多大的发展呢？1、诞生1900年，普朗克提出量子假说，宣告量子论诞生三、量子论的诞生与发展(1)爱因斯坦成功解释光电效应；(2)玻尔提出有关原子的量子理论；(3)20世纪30年代，量子力学建立。2、发展（1）量子论是人类对微观世界的基本认识取得革命性的进步,与相对论一起,构成了现代物理学的基础。（2）相对论和量子论发现人们日常经验之外的宏观世界和微观世界的物质运动规律，不仅推动了物理学的进步，还大大开阔了人们视野，改变了人们认识世界的角度和方式。3、意义：物理学发展的过程经典力学奠基者（17世纪初）经典力学建立者（17世纪晚期）从经典力学发展到相对论、量子论（19世纪末～20世纪初）伽利略（意）牛顿（英）爱因斯坦（德）普朗克（德）经典力学伽利略奠基牛顿创立标志：特点：以为基础,以为表达形式贡献物理学：发现定律天文学：证明的正确影响开创了重和重的近代科学为的创立奠定了基础影响：对解释和预见物理现象具有意义相对论创立：20世纪初,创立,包括相对论和相对论意义否定了经典力学的时空观,揭示了时空的性内涵：时空会随物体的变化而变化,出现效应量子论1900年提出量子假说发展爱因斯坦提出的量子理论玻尔提出的量子理论诞生：影响：＝现代物理学基础△本课知识网络自由落体日心说实验逻辑经典力学1687年,牛顿发表《》自然哲学的数学原理实验数学决定性爱因斯坦狭义广义运动速度尺缩、钟慢是物理学领域的一次重大革命绝对相对光原子力学建立，对世界的认识开始由世界深入到世界量子宏观微观——改变认识和角度方式普朗克＋相对论量子论